空间红外望远镜系统具有全天时被动工作、抗干扰性强的独特优势,在军事、灾害预警监测等方面发挥着越来越重要的作用。随着探测要求的不断提升,提高空间红外望远镜的分辨率以获取目标更多、更细节的信息则成为了它的一个重点发展方向。增大系统口径是实现高分辨率最为有效的途径之一,但随着口径的不断增大,传统反射式空间红外望远镜系统的重量、体积、研制难度、成本等都会极大的增加,难以满足未来空间红外望远镜系统轻量化、高分辨率的发展要求。衍射成像技术以平面衍射元件为主镜,具有面型公差宽松、质量轻、易复制的特点,为轻量化大口径空间红外望远镜的构建提供了一种值得探索的解决方案。本文针对制冷型大口径红外衍射望远镜系统,对其消热差模型、设计方法、鬼像及冷反射的特性及抑制方法进行了研究,主要内容包括以下几个部分:1.介绍了红外衍射望远镜系统的基本理论。分析了衍射元件的成像原理及成像特性,包括衍射元件的相位函数、初级像差系数、衍射效率及其影响因素;探讨了衍射元件的色差特性及衍射望远镜系统的Schupmann消色差模型;分析了衍射元件的热差特性及红外衍射望远镜系统的消热差方法,包括温度对衍射元件相位系数、衍射效率的影响,并介绍了光学被动消热差法及其数学模型。2.阐述了大口径红外衍射望远镜系统的设计方法。首先红外衍射望远镜系统的特点,推导了适用于该系统的光学被动消热差模型;然后在综合考虑衍射望远镜系统三种结构形式及本系统设计要求的基础上,提出了一种制冷型大口径折反式中波红外衍射望远镜系统结构;最后介绍了它的设计思路及初始结构计算方法,并给出了一套1m口径的系统设计实例。3.介绍了制冷型大口径红外衍射望远镜系统的鬼像及冷反射分析方法。首先介绍了鬼像及冷反射的形成条件及危害;然后根据红外衍射望远镜系统的特点,提出了适用于该系统的鬼像及冷反射分析方法;最后作为分析实例对第3章所设计的系统进行了鬼像及冷反射分析,确定了其鬼像及冷反射特性,并提出了相应的抑制措施。4.进行了红外衍射望远镜样机系统的定性成像实验及相关分析。首先设计并加工了80mm口径的红外衍射望远镜样机系统;然后搭建了成像实验平台,进行了系统的成像验证实验,定性分析了系统的成像性能;最后分析了系统的鬼像及冷反射特性和单点非均匀校正后系统的杂光来源,并提出了相应的改进措施。